DE3027015A1

DE3027015A1 - Entfernungsmessrichtung

Info

Publication number: DE3027015A1
Application number: DE19803027015
Authority: DE
Inventors: James D Joseph; Dennis J Wilwerding
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1981-02-05
Also published as: US4250376A; CA1138634A; GB2057809B; FR2465244A1; GB2057809A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmesseinrichtung nach, dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

In der älteren DE-OS 29 22 080 wurde eine Entfernungsmeßeinrichtung vorgeschlagen, die bei einer Kamera mit Messung durch das Objektiv verwendet wird _Und durch die die Aufnahmelinse in der richtigen fokussierenden Stellung in Bezug auf ein entferntes Objekt in dem Gesichtsfeld positioniert wird. Bei dieser Einrichtung werden mehrere kleine Detektoren wie beispielsweise ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) oder ladungsinjizierende Einrichtungen (CID) verwendet, die in einem bestimmten Muster anogeordnet sind und die Strahlung von der aufzunehmenden Szene empfangen. Die Detektoren sind paarweise angeordnet, wobei jedes Detektorpaar hinter einen kleinen Linse angeordnet ist, so daß jedes Detektorpaar ein Bild der Austrittspupille der Aufnahmelinse empfängt, wobei jedoch einer der Detektoren innerhalb jedes Paares in erster Linie Strahlung von einem ersten Teil der Aufnahmelinse aufnimmt, während der jeweils andere Detektor in erster Linie Strahlung von einem anderen Teil der Aufnahmelinse aufnimmt. Infolgedessen werden zwei einander entsprechende Kurven gemäß dem Strahlungsverteilungsmuster der betrachteten Szene gebildet. In einer geeigneten fokussierenden Stellung stimmen die beiden Kurven überein. Wenn jedoch das betrachtete Objekt seine Stellung in Bezug auf die Kamera verändert, so verschieben sich die beiden Kurven in Bezug aufeinander und zeigen einen Zustand fehlender Scharfeinstellung an. Die beiden Kurven bewegen sich in Bezug aufeinander in einer ersten Richtung, wenn sich das Objekt gegenüber der für die Scharfeinstellung gemessenen Entfernung näher an die Kamera heranbewegt und sie verschieben sich in einer entgegengesetzten Richtung, wenn sich das Objekt gegenübeif^ür die Scharfeinstellung maßgeblichen Entfernung weiter wegbewegt. Durch Feststellung der Bewegungsrichtungder beiden Kurven in Bezug aufeinander ist es daher möglich, die Richtung zu ermitteln, in der die Aufnahmelinse zn verschieben ist,um die geforderte Scharfeinstellung zu erzielen.

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In der DE-OS 30 07 700 ist eine Entfernungsmeßeinrichtung dargestellt und beschrieben, die eine Verbesserung gegenüber der eingangs geschilderten Entfernungsmeßeinrichtung darstellt. Gemäß diesem Vorschlag wird die Neigung der Kurven an vorbestimmten Punkten ermittelt und dieser Wert für die Neigung wird mit dem Differenzwert der Ausgangssignale der Detektoren in diesen Punkten multipliziert. Dieses Produkt wird über einen vorbestimmten Bereich aufsummiert. Die erhaltene Summe besitzt im wesentlichen den Wert 0, wenn die beiden Kurven übereinstimmen und sie besitzt einen charakteristischen positiven oder negativen Wert wenn die beiden Kurven nicht übereinstimmen, wodurch die Richtung angezeigt wird, in der die Aufnahmelinse zu verschieben ist,um die richtige Fokussierung herbeizuführen.

In einem System, in welchem die Kosten,der Aufwand und das Gewicht wesentliche Faktoren darstellen, stellt die Multiplikation des Neigungssignales mit dem Differenzsignal gemäß dem älteren Vorschlag einen relativ großen Aufwand dar. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,eine Entfernungsmeßeinrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu vereinfachen, daß das die Verschieberichtung der Aufnahmelinse anzeigende Signal mit geringerem Aufwand erzielt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Produktbildung umgangen und es wird zunächst ein erstes Signal gebildet, das der absoluten Differenzgröße zwischen den Ausgangssignalen zweier Detektoren auf den beiden Kurven entspricht. Sodann wird ein zweites Signal gebildet, das der absoluten Differenzgröße zwischen den Ausgangssignalen zweier anderer Detektoren auf den beiden Kurven entspricht. Schließlich werden die absoluten

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Differenzgrößen voneinander subtrahiert und das erhaltene Ergebnis wird über einen vorbestimmten Bereich aufsummiert. Die sich ergebende Summe besitzt im wesentlichen den Wert O/ wenn die beiden Kurven übereinstimmen und sie besitzt eine erste Charakteristik mit beispielsweise einem negativen Vorzeichen, wenn die beiden Kurven in einer ersten Richtung zueinander verschoben sind,und sie besitzt eine zweite Characteristik mit beispielsweise einem positiven Vorzeichen, wenn die beiden Kurven in der entgegengesetzten Richtung zueinander verschoben sind.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen;

Fig.1 ein Strahlungsverteilungsmuster wie es durch die Detektoren bei richtiger Fokussierung aufgrund einer aufzunehmenden Szene erzeugt wird;

Fig.2 zwei Strahlungsverteilungsmuster gemäß

Figur 1, wobei das eine in Bezug auf das andere verschoben ist, wie dies bei einer unscharfen Einstellung in einer ersten Richtung der Aufnahmelinse der Fall ist;

Fig.3 zwei Strahlungsverteilungsmuster gemäß Figur 1, wobei das eine in Bezug auf das andere verschoben ist, wie dies bei einer unscharfen Einstellung in einer entgegengesetzten Richtung der Aufnahmelinse der Fall ist;

Fig.4 eine Darstellung verschiedener Punkte, die verschiedene Summationen entsprechend verschiedener Fokussierzustände darstellen;

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Fig.5 ein Blockschaltbild für den Schaltkreis zur Feststellung der Richtung der Verschiebung eines Strahlungsverteilungsmusters in Bezug auf das andere; und

Fig.6 ein Schaltungsdiagramm der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung gemäß Figur 5

Gemäß Figur 1 zeigt eine Kurve 10 das Lichtintensitäts-Verteilungsmuster, das durch die Detektoren der eingangs erwähnten älteren Anmeldung erzeugt wird, wenn sich das aufzunehmende Objekt in einer Entfernung befindet, in der es durch die Aufnahmelinse scharf in der Bildebene abgebildet wird. Die kleinen Linsen vor den Detektoren in der älteren Anmeldung sind in der gleichen Entfernungvon der Aufnahmelinse der Kamera wie der Film angeordnet und sie empfangen wenigstens einen Teil des gleichen Lichtverteilungsmusters von der aufgenommenen Szene. Die Detektoren in der Anordnung erzeugen Ausgangssignale entsprechend der empfangenen Strahlungsintensität, wie dies durch die Kurve 10 dargestellt ist. Die Detektoranordnung kann aus einer einzelnen Reihe von Detektorpaaren bestehen, oder mehrere Reihen bzw. ein Muster aus parallelen Reihen, gekreuzten Reihen oder eine andereAusgestaltung umfassen. Die Detektorreihen können horizontal ausgerichtet sein, so daß sie Licht entlang eines horizontalen Teiles des Musters empfangen, oder sie können auch vertikal bzw. diagonal angeordnet sein, so daß sie Licht entlang eines vertikalen oder diagonalen Teiles der aufgenommen Szene empfangen. Die diagonale Anordnung einer oder mehrerer Reihen von Detektoren ist von Vorteil, da in der Natur eine Wiederholung von Mustern in diagonaler Richtung selten auftritt, während vertikale Szenenbilder wie beispielsweise Lattenzäune oder Wälder und horizontale Szenenbilder wie beispielsweise Horizonte und Straßen einige Schwierigkeiten machen können, wenn die Detektoren vertikal oder horizontal angeordnet sind. Die Detektoren können sich über das gesamte Bild in der aufzunehmenden Szene erstrecken; sie können aber auch so angeordnet sein, daß sie nur

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einen Teil des insgesamt verfügbaren Lichtverteilungsmusters empfangen.

Gemäß Figur 1 veranschaulicht die Ordinate der Kurve IO die Lichtstärke, wobei erkennbar ist, daß sich diese von einem unteren Wert von ungefähr 4Ocd/m² bis zu einem oberen Wert von ungefähr 36Ocd/m² erstreckt, während die Abszisse den Sichtwirikel in mrad angibt und dieser sich von O bis ungefähr 375 mrad erstreckt. Der Betrag der Lichtstärke kann natürlich mit der Beleuchtung und der Zusammensetzung der Szene variieren und die Größe des Szenenbildes in der Bildebene variiert mit der Brennweite der Linse. In Figur 1 entspricht die Lichtstärke einem normal ausgeleuchteten Raum und die Kurve erstreckt sich ungefähr über die Hälfte des Gesichtsfeldes einer Linse mit 50mm Brennweite.

Gemäß Figur 1 erstrecken sich zwei gestrichelte Linien 12 und 14 bei den Winkelwerten von 15Omrad und 300 mrad vertikal nach oben. Bei der folgenden Analyse sei der Einfachheit halber angenommen, daß die Detektoranordnung das Lichtverteilungs muster in diesem Bereich zwischen 150 und 300 mrad empfängt. Ferner sei der Einfachheit halber angeommen, daß in diesem Intervall 11 Detektorpaare angeordnet sind. Bei der tatsächlichen Ausführung sind ungefähr 32 Detektorpaare in einer Empfängeranordnung angeordnet, die eine Länge von 5 mm aufweist, und die sich bei einer Aufnahmelinse mit einer Brennweite von 50mm ungefähr lOOmrad über das Lichtverteilungsmuster erstreckt.

Hinsichtlich der Figur 1 sei angenommen, daß die 11 Detektorpaare einen gleichen Abstand voneinander aufweisen und Ausgangssignale erzeugen, die den Lichtstärken in den Punkten 20 bis entsprechen. Aus Figur 1 ist erkennbar, daß die Lichtstärke in dem Punkt 20 ungefähr 80 cd/m² beträgt und die Lichtstärken in den Punkten 21 bis 30 Werte von 100, 180, 160, 300, 260, 280, 200, 140, 140 und 100 cd/m² aufweisen. In Figur 1 liegt

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eine Scharfeinstellung der Aufnahmelinse vor, so daß beide Detektoren eines jeden Paares den gleichen Strahlungsbetrag zugeführt erhalten und ein Ausgangssignal mit gleicher Größe erzeugen.

Figur 2 zeigt ein Strahlungsverteilungsmuster gemäß Figur 1, wobei sich das Objekt gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Fall weiter von der Aufnahmelinse entfernt befindet. Die Kurve 10 nimmt die gleiche Lage wie in Figur 1 ein und stellt das Lichtverteilungsmuster dar, das durch die ersten Detektoren der Detektorpaare erfaßt wird. Tatsächlich besteht eine Wahrscheinlichkeit dafür, daß sich die Kurve 10 mehr nach links bewegt, wenn sich das Objekt von der Kamera weiter entfernt. Eine gleiche Kurve 10' ist rechts von der Kurve 10 dargestellt und veranschaulicht das Lichtverteilungsmuster, das durch die anderen Detelttoren innerhalb der Detektorpaare erfaßt wird. Wie in Figur 1 erzeugen die ersten Detektoren innerhalb der Detektorpaare Ausgangssignale mit den in den Punkten2O-3O dargestellten Größen; die anderen Detektoren der Detektorpaare erzeugen jeodch Ausgangssignale, deren Größen durch die Punkte 20' bis 30' veranschaulicht werden. Während somit der erste Detektor mit dem ersten Paar weiterhin ungefähr die gleiche Strahlung empfängt, empfängt der zweite Detektor in dem ersten Paar einedurch den Punkt 20' veranschaulichte Strahlung, wobei in erkennbarer Weise diese Lichtstärke um ungefähr 10 cd/m^ gegenüber der in dem Punkt 20 gemessenen Lichtstärke differiert. In gleicher . Weise unterscheidet sich die Lichtstärke in den Punkten 21 und 21' um ungefähr 20 cd/m^. Diese Unterschiede verlaufen durch das gesamte Lichtverteilungsmuster, wobei eine Kurve höher oder niedriger als die andere Kurve verläuft, wenngleich gelegentlich wie beispielsweise in den Punkten 29 und 29' die von beiden Detektoren eines Paares empfangene Strahlung auch einmal ungefähr den gleichen Wert aufweisen kann. Wie zuvor erwähnt, bewegt sich die Kurve 10 höchstwahrscheinlich nach links, wenn sich die Kurve 10' nach rechts bewegt, wobei jedoch die Veränderung der Ausgangssignale zwischen den Punkten20 und 20', usw. im Prinzip

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-10-die gleiche bleibt.

In Figur 3 sind die Lichtverteilungsmuster durch die Kurven 10 und 1O¹' dargestellt, wobei hier ein Fall vorliegt _T wo das scharf abgebildete Objekt gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Fall näher an die Aufnahmelinse herangerückt ist.Die Kurve 10 wird erneut in der Praxis nach rechts verschoben sein, wenn sich die Kurve 1O¹' nach links bewegt hat, wobei der Einfachheit halber die Kurve in dergleichen Lage dargestellt ist, die sie in Figur 1 einnimmt, während die Kurve 10'' nach links verschoben ist. In Figur 3 ist der Betrag der durch die Detektoren in den Punkten 20 bis 30 empfangenen Lichtstärke der gleiche wie in Figur 1; die durch die anderen Detektoren in jedem Paar empfangene Strahlung ist jedoch verschoben, so daß sich in den Punkten 20'' und 20 beispielsweise ein Unterschied in der Lichtstärke von20cd/m ergibt-. Auch hier ist wieder der Unterscheid in der Lichtstärke im gesamten Strahlungsverteilungsmuster vorhanden, wenn auch in bestimmten Punkten wie beispielsweise den Punkten 28 und 28'' zwei entsprechende Detektoren die gleiche Strahlung aufnehmen können.

Wenn in Figur 2 das Objekt immer weiter von der Aufnahmelinse wegbewegt wird, so bewegt sich die Kurve 10' immer weiter in Bezug auf die Kurve 10 nach rechts und die Differenz der durch die Detektorpaare empfangenen Strahlung erfährt hierbei eine Änderung. Wenn andererseits gemäß Figur 3 das Objekt immer dichter an die Aufnahmelinse heranbewegt wird, so bewegt sich die Kurve 10'' immer weiter in Bezug auf die Kurve 10 nach links und die durch die Detektoren eines jeden Paares empfangene Strahlung erfährt eine entsprechende Änderung.

In der DE-OS 30 07 700 wurde gezeigt, daß die Neigung der Kurven etwa zwischen dem Punkt 20 und dem Punkt 24 sowohl in Fig»2

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als auch in Figur 3 im allgemeinen positiv verläuft, während die Neigung der Kurven zwischen den Punkten 24 und 30 in beiden Figuren im allgemeinen negativ verläuft,und es wurde ferner gezeigt, daß die Differenz zwischen den Kurven in Figur 2 gegenüber Figur 3 einen entgegengesetzten Wert einnimmt, so daß bei einer Multiplikation der Neigung mit dem Differenzwert in Figur 2 allgemein ein positives Vorzeichen auftritt, während in Figur 3 allgemein ein negatives Vorzeichen auftritt, woraus ein Hinweis auf die Richtung entnommen werden kann, in der die Kurven verschoben werden müssenjum übereinzustimmen. Obgleich das bereits vorgeschlagene System befriedigend arbeitet,hat es sich jedoch als wünschenswert herausgestellt, die dort erforderliche Multiplikation zu umgehen und die Auswerteschaltung zwecks Kosteneinsparung zu vereinfachen. Ähnlich gute Ergebnisse können ohne Multiplikation erzielt werden, indem die Differenz zwischen Absolutwerten aufsummiert wird, wobei die Absolutwerte verschiedener Punkte auf den beiden Kurven über -einen bestimmten Bereich benutzt werden. So ist in Figur 2 der Absolutwert der Differenz zwischen dem Punkt 21 auf der Kurve 10 (ungefähr 120 cd/m²) und dem nächstfolgenden Punkt 22' auf der Kurve 10' (ebenfalls ungefähr 12Ocd/m²) sehr gering. Andererseits ist in Figur 3, wo die Kurve 10'' nach links in Bezug auf die Kurve verschoben ist,der Absolutwert der Differenz zwischen den gleichen Punkten bedeutend größer. So beträgt beispielsweise im Punkt 21 auf der Kurve 10 die Lichtstärke 120 cd/m² und die Lichtstärke im Punkt 22'' auf der Kurve 10¹' beträgt ungefähr 16Ocd/m². In gleicher Weise ist in Figur 2 der Absolutwert der Differenz zwischen dem Punkt 22 auf der Kurve 10 (ungefähr 190 cd/m²) und dem vorausgehenden Punkt 21' auf der Kurve 10' (ungefähr 8Ocd/m²) relativ groß, während in Figur 3 der Absolutwert der Differenz zwischen den gleichen zwei Punkten 22 und 21 " sehr gering ist. Die Tatsache, daß zwei der Differenzen in dem angegebenen Beispiel nahezu den Wert 0 aufweisen, ist auf die in den Figuren 2 und 3 gewählte Situation zurückzuführen. Obgleich die Differenzen in solchen Punkten normalerweise nicht

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den Wert O besitzen, sind sie trotzdem relativ gering im Vergleich zu den größeren Differenzen. Subtrahiert man somit in Figur 2 den Absolutwert der Differenzen zwischen sich gegenüberliegenden aufeinanderfolgenden Punkten (21-22' und 22-21', usw.) auf den Kurven 10 und 10', so nimmt das sich ergebende Resultat einen negativen Wert ein, d.h.

li2Ocd/m²-12Ocd/m2| - |1 9Ocd/m²-8Ocd/m2| =-8Ocd/m² (1)

Andererseits führt die Differenz zwischen den Absolutwerten der gleichen Gruppe von Punkten (21—22'' und 22-21¹¹J gemäß Fig.3 zu einem positiven Wert, d.h.

|12Ocd/m²-16Ocd/m²l- |19Ocd/m²-19Ocd/m²| =+4Ocd/m² (2)

Es ist festgestellt worden, daß dieser Fall allgemein über den Bereich der beiden Kurven vorliegt, und daß die Gleichung:. m-1

Σ · ^an"^bn+il- lan+1-bnl -V (3)

gültig ist. In dieser Gleichung stellt m die Anzahl der Detektoren in diesem Bereich, a_n ein erstes Detektorausgangssignal auf einer ersten Kurve, a_n+i das nächstfolgende Detektorausgangssignal auf der ersten Kurve, b_n ein zweites Detektorausgangssignal auf einer zweiten Kurve, b ₊ - das nächstfolgende Detektorausgangssignal auf der zweiten Kurve und V das resultierende Signal dar. Dieses resultierende Signal V wird negativ in dem Fall gemäß Figur 2, wo die Kurve 1O· rechts von der Kurve 10 verläuft, und dieses Signal V wird positiv in dem Fall gemäß Figur 3, wo die Kurve 10'' links von der Kurve 10 verläuft. Aus der Tatsache , daß das Vorzeichen der Summe sich dann verändert, wenn eine Kurve in Bezug auf die andere Kurve ihre seitliche Lage vertauscht, kann ein Signal abgeleitet werden, um die Aufnahmelinse in die richtige fokussierende Stellung zu bringen. Speziell führt gemäß Figur 2, wenn sich die Kurve 10* rechts von der Kurve 10 befindet, die Summierung gemäß der

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Gleichung (3) zu einem negativen Wert und die Aufnahmelinse muß von der Kamera hinweg und in Richtung auf das Objekt bewegt
werden, um die Kurven wieder in Übereinstimmung zu bringen.
Andererseits muß gemäß Figur 3, wo sich die Kurve 10'' links
von der Kurve 10 befindet und die Summierung gemäß der Gleichung (3) zu einem positiven Wert führt, die Aufnahmelinse in Richtung auf die Kamera und von dem Objekt hinwegbewegt werden, um die geeignete fokussierende Stellung zu erzielen.

Figur 4 zeigt eine Darstellung von Werten, die bei der Summation nach der Gleichung (3) erhalten werden, wenn sich das Objekt aus der Scharfeinstellung in beiden Richtungen bewegt.
Die Ordinate stellt werte (V) dar, die durch die Summation erhalten werden, während die Abszisse einen wachsenden Verschiebungsbetrag nach rechts und links darstellt, wobei die Strahlungsverteilungsmuster aus der Übereinstimmung im Zentrum
eine zunehmende Verschiebung entsprechend einer bestimmten Unscharfe erfahren. Der Punkt 40 in Figur 4 zeigt, daß die
Summierung den Wert O ergibt, wenn gemäß Figur 1 keine Verschiebung zwischen den beiden Lichtverteilungsmustern vorliegt, und somit eine Scharfeinstellung gegeben ist. Der Summenwert wird
im allgemeinen negativer/wie dies beispielsweise durch die
Punkte 42, 44 und 46 dargestellt ist, wenn sich das aufzunehmende Objekt gemäß Figur 2 immer weiter von der Kamera entfernt. Wenn sich das Objekt gemäß Figur 3 dichter an die Kamera heranbewegt, so wird der Summenwert mit zunehmender Verschiebung im allgemeinen positiver, was durch die Punkte 48, 50 und 52 veranschaulicht ist. Bei bestimmten sich wiederholenden Mustern
kann der Summenwert erneut bei größeren Verschiebungen aus der Scharfeinstellung abnehmen; aber dies tritt in nahezu allen
Fällen nur auf, wenn die Verschiebung sehr groß ist. In seltenen Fällen verändert bei sehr großen Verschiebungen der Summenwert das Vorzeichen und es wird ein fehlerhaftes Ausgangssignal er-

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zeugt; aber dies ist ein sehr seltener Fall, der nur bei sehr ungewöhnlichen sich wiederholenden Mustern auftritt, die meistens hochfrequenteKomponenten enthalten und nahezu keine niederfrequenten Komponenten aufweisen.

Es ist daher erkennbar, daß durch Feststellung des Vorzeichens der Summierung nach der Gleichung (3) ein Signal gebildet wird, das benutzt werden kann, um die Positionierung der Aufnahmelinse der Kamera in Richtung auf die gewünschte Scharfeinstellung zu steuern.

Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Schaltkreises, der die Werte für a_n, a_n+j, usw. und b , b_n+iusw. aufnehmen und verarbeiten kann, um das gesuchte Summiersignal für den Antrieb der Aufnahmelinse einer Kamera zu bilden. Gemäß Figur 5 ist eine Detektoranordnung 60 rechts von einer beweglichen Linse 61 angeordnet, die die Aufnahmelinse einer Kamera bilden kann. Die Detektoranordnung 60 kann derjenigen in der eingangs erwähnten älteren Anmeldung entsprechen und die Ausgangssignale der einzelnen Detektoren werden mittels eines Kabels 62 einer Übertragungseinrichtung 64 zugeführt. Die Übertragungseinrichtung 64 kann durch lediglich einen Schalter vorgegeben sein, der beim Empfang eines Signales auf einer Leitung 66 betätigt wird, um die verschiedenen Ausgangssignale der Detektoren auf der Leitung 62 zu einem m-stufigen Schieberegister 68 über ein Kabel 70 zu übertragen.

Ein Haupttakt-Generator 72 erzeugt ein Taktsignal auf einer Leitung 74 für einen Taktphasenzuordner 76, welcher ein dreiphasiges Impulssignal auf einer Leitung 78 für das Schieberegister 68 erzeugt.Die Signale auf den Kabeln 62 und 7O₁ die den Betrag der durch die Detektoren in der Anordnung 60 empfangenen Strahlung vorgeben, werden in dem Schieberegister 68 gespeichert. Beim Auftritt eines ersten Taktphasenimpulses

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von dem Taktphasenzuordner 76 treten vier Signale a , a_,η, b_n und b_n+:l auf den Leitungen 80, 82, 84 und 86 entsprechend auf. Wie später beschrieben wird, weisen diese Signale die richtige Reihenfolge auf, wobei die Signale a auf den Leitungen 80 und 82 und die Signale b auf den Leitungen 84 und auftreten. Die Impulse des Taktphasenzuordners 76, die den Auftritt der Signale in der richtigen Reihenfolge verursachen/ seien als Gültigkeits-Datenimpulse bezeichnet. Nach dem ersten Gültigkeits-Datenimpuls veranlaßt der nächste Taktphasenimpuls des Zuordners 76 das m-stufige Schieberegister 68 zur Erzeugung eines Ausgangssignales b auf der Leitung 80, sowie zur Erzeugung von Ausgangssignalen b_n+-| , ^_n+1 und a_n+2 auf den Leitungen 82, 84 und 86. Da diese Signale eine unterschiedliche Reihenfolge aufweisen, d.h. die Signale a treten auf den Leitungen 84 und 86 auf, während die Signale b auf den Leitungen 80 und 82 auftreten, ist die Information nicht zu gebrauchen, und der Impuls von dem Taktphasenzuordner 76 ist kein Gültigkeits-Datenimpuls. Beitritten Impuls des Taktphasenzuordners 7 6 ergeben sich auf den Leitungen 80, 82, 84 und 86 die Ausgangssignale a_n+i, a_n+2f ^bn+1 ^un^ ^n+2i^die erneut die richtige Reihenfolge aufweisen, so daß dieser Impuls des Taktphasenzuordners 76 erneut ein Gültigkeits-Datenimpuls darstellt. Es ist erkennbar, daß jeder zweite Impuls des Taktphasenzuordners 76 auf der Leitung 78 einen Gültigkeits-Datenimpuls erzeugt, d.h. mit anderen Worten einen Impuls;bei dem die Leitung 80 einen Ausdruck a, die Leitung 82 einen Ausdruck a erhöht um 1, die Leitung 84 einen Ausdruck b und die Leitung 86 einen Ausdruck b erhöht um 1 führt. Wie im Zusammenhang mit der Beschreibung von Figur 6 zu sehen sein wird, werden nur die Gültigkeits-Datenimpulse verwendetem die gesuchten Absolutwerte der Differenzen zwischen Punkten auf den beiden Kurven für die Summation gemäß Gleichung (3) zu bestimmen . Das Verfanren wird für einen vollständigen Zyklus fortgesetzt, bis die Leitung das Signal eines Detektors in dem vorletzten Detektorpaar bzw. dem Detektorpaar m-1 führt, die Leitung 82 das Signal eines

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Detektors in dem letzten Detektorpaar bzw. dem Detektorpaar m führt, die Leitung 84 das Signal des jeweils anderen Detektors in dem vorletzten Detektorpaär bzw. dem Detektorpaar m-1 führt und die Leitung 86 das Signal des anderen Detektors des letzten Detektorpaares bzw. des Detektorpaares m führt. Wenn daher 11 Detektoren wie im vorliegenden Beispiels benutzt werden, so gibt es 10 Gültigkeits-Datenimpulse auf der Leitung 78, die 10 geeignete Signale auf den Leitungen 80 bis 86 auftreten lassen. Die Leitungen 80 bis 86 sind gemäß Figur 5 an eine Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 angeschlossen, die in einer Weise arbeitet, wie dies anhand von Figur 6 beschrieben wird, und die ein Ausgangssignal auf einer Leitung 92 erzeugt, welches das Vorzeichen gemäß der Gleichtung (3) angibt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 92 kann benutzt werden um eine Anzeige 92' zu betätigen und die Richtung anzugeben, in der die Linse für die richtige Scharfeinstellung bewegt werden muss. Mit dem Ausgangssignal auf der Leitung 92 kann auch ein reversiebler Motor 93 angetrieben werden, der über eine durch die gestrichelte Linie 94 angedeutete mechanische Verbindung automatisch die Linse 61 in der durch den Pfeil 95 angegebenen Richtung in die richtige Scharfeinstellung bewegt.

Gültigkeits-Datenimpulse, d.h jeder zweite Impuls des Taktphasenzuordners 76,werden ebenfalls über eine Leitung 96 der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 und über eine Leitung 97 einem Zähler 98 zugeführt, wobei letzterer die Gültigkeits-Datenimpulse zählt und einen Ausgangsimpuls auf einer Leitung 100 erzeugt, nachdem m-1 Gültigkeits-Datenimpulse aufgetreten sind. In dem angegebenen Beispiels mit 11 Detektoren gibt es somit 1D Gültigkeits-Datenimpulse für jeden Operationszyklus , und der Zähler 98 erzeugt bei Beendigung des 1o.ten Gültigkeits-Datenimpulses einen Impuls m-1 auf der Leitung 100, der der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 zu einem Zweck zugeführt wird, welcher noch im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert wird. Beim. Auftritt des nächsten Gültigkeits-Datenimpulses, d.h.

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im vorgegebenen Beispiel beim elften Gültigkeits-Datenimpulsj erzeugt der Zähler 98 ein Signal m auf einer Leitung 102, das die Tatsache anzeigt, daß der gesamte Inhalt des Schieberegisters 68 der Mgorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 zugeführt worden ist und der Zyklus nunmehr beendet ist. Dieses Signal m auf der Leitung 102 wird der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 über eine Leitung 104 zu einem Zweck zugeführt, der im Zusammenhang mit Figur 6 noch erläutert wird, und dieses Signal wird ferner über die Leitung 6 6 dem Übertragungsschalter 64 zugeführt, so daß bei Beendigung des Zyklus die Signale der einzelnen Detektoren der Anordnung 60 erneut in das m-stufige Schieberegister 68 zur Verwendung in einem nächsten Operationszyklus übertragen werden können.

In Figur 6 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung 90 dargestellt, und die verschiedenen zu der Algorithmus-Verarbeitungseinrichtung in Figur führenden Leitungen tragen in Figur 6 die gleiche Bezugsziffer. Gemäß Figur6 führt die Leitung 80 von dem Schieberegister 68 das Signal a_n und dieses wird über einen Widerstand 110 dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 112 zugeführt. Die Leitung 86 von dem Schieberegister 68 führt das Signal b_n+i und dieses wird über einen Widerstand 114 dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt.Ein Widerstand 116 ist zwischen dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 112 und Masse 118 angeordnet. Der Operationsverstärker 112 gibt ein Ausgangssignal auf einer Leitung 120 ab und ein Widerstand 122 verbindet die Leitung 120 mit dem negativen Eingang, so daß der Operationsverstärker 112 als Subtrahierer für die beiden an seinen Eingängen zugeführten Eingangssignäle arbeitet. Das Ausgangssignal auf der Leitung 120 ist somit durch die Differenz a_n-b_n+i gegeben. Die Leitung 120 ist an einen absolutwert^bildenden Schaltkreis 124 angeschlossen, der auf einer Ausgangsleitung 126 den Absolutwert des Signales auf der Leitung 120 ausgibt.

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Auf der Leitung 82 wird das Signal a_n+-j von dem Schieberegister 68 über einen Widerstand 130 dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 132 zugeführt. In gleicher Weise wird auf der Leitung 84 das Signal b über einen Widerstand 134 dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 132 zugeführt. Ein Widerstand 136 ist wiederum zwischen dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 132 und Masse 138 angeordnet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 132 tritt auf einer Leitung 140 auf und ein Wideratand 142 verbindet die Leitung 140 mit dem negativen Eingang, so daß der Operationsverstärker 132 ebenso wie der Operationsverstärker 112 die beiden an seinen Eingängen zugeführten Eingangssignale subtrahiert. Das Signal auf der Leitung 140 gibt somit den Wert ^a _n+i~b vor. Dieses Signal wird einem absolutwert^bildenden Schaltkreis 144 zugeführt der auf einer Leitung 146 ein Ausgangssignal ausgibt, das dem Absolutwert des Signales auf der Leitung 140 entspricht. Die Absolutwerte auf den-Leitungen 126 und 146 werden über ein Paar von Widerständen 150 und 152 dem negativen und positiven Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 154 zugeführt. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 154 ist über einen Widerstand 156 an Masse 158 gelegt. Der Operationsverstärker 154 gibt ein Ausgangssignal auf einer Leitung 160 aus und ein Widerstand 162 verbindet die Leitung 160 mit dem negativen Eigang, so daß der Operationsverstärker 154 ebenso wie die Verstärker 132 und 112 die beiden an seinen Eingängen zugeführten Eingangssignale subtrahiert. Das Signal auf der Leitung 160 gibt somit die Differenz zwischen den Absolutwerten la_n""b_n+-j | ujid |a_n-| —b_n | vor.

Das Signal auf der Leitung 160 wird über einen Widerstand 166 einem Schalter 168 zugeführt, dessen andere Seite über eine Leitung 170 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 172 verbunden ist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 172 ist an Masse 174 angeschlossen. Der Eingang des Schalters ist an die Leitung 94 angeschlossen, die die Gültigkeits-Datenimpulse gemäß Figur 5 führt, so daß jedesmaljWenn ein Gültigkeits-Datenimpuls auftritt,der Schalter 68 leitend wird und das Signal auf der Leitung 160 über den Widerstand 166 dem Eingang

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des Operationsverstärkers 172 zugeführt wird. Bei Abwesenheit eines Gültigkeits-Datenimpulses ist der Schalter 168 geöffnet, und es kann kein Signal auf der Leitung 160 den Operationsverstärker 3 72 erreichen. Durch diese Einrichtung werden nur Signale, die Gültigkeits-Datenimpulsen zugeordnet sind, an den Operationsverstärker 172 weitergereicht. Das Ausgangssignal des Verstärkers 172 tritt auf einer Leitung 176 auf, und ein Kondensator 178 verbindet die Leitung 176 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 172, wodurch dieser als Integrator arbeitet und die Signale aufsummiert, die an seinem negativen Eingang auftreten. Hierdurch repräsentiert das auf der Leitung 176 auftretende Signal die Summe der Signale auf der Leitung 170,und es wird somit das Ausgangssignal V gemäß Gleichung (3) gebildet, wenn m~1 Detektoren abgefragt worden sind. Dieses Signal V auf der Leitung 176 wird über einen Schalter 180 und eine Leitung 182 dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 184 zugeführt, wobei dessen positiver Eingang an Masse 186 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 184 tritt auf einer Leitung 188 auf, die über einen Kondensator 190 mit dem negativen Eingang des Verstärkers 184 verbunden ist. Da kein Widerstand in den Eingangskreis des Operationsverstärkers 184 geschaltet ist, geht das Ausgangssignal auf der Leitung 188 auf das negative bzw. positive Sättigungspotential in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Signales auf der Eingangsleitung 182. Das Signal auf der Leitung 182 liegt nur vor, wenn der Schalter 180 durchgeschaltet ist und dies ist der Fall, wenn ein Impuls auf der Leitung 100 auftrittjder gemäß Figur 5 von dem Zähler 98 herstammt und ausgegeben wird, wenn m-1 Gültigkeits-Datenimpulse gezählt worden sind. Der Schalter 180 wird daher am Ende der Summierung aller Signale durchgeschaltet und das Vorzeichen dieses Signales steuert das Vorzeichen des Ausgangssignales auf der Leitung am Ausgang des Operationsverstärkers 184. Nach m-1 Rechenschritten des Schaltkreisttschließt somit der Schalter 180 und das summierte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 172 entsprechend der Summe

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aller während des Zyklus vorliegender Signale tritt auf der Leitung 182 auf und weist entweder das positive oder negative Vorzeichen auf. Bei positivem Vorzeichen tritt ein negatives Potential auf der Leitung 188 auf und bei negativem Vorzeichen tritt ein positives Potential auf der Leitung 188 auf. Das Signal auf der Leitung 188 kann sodann einem herkömmlichen Motor-Steuerschaltkreis zugeführt werden,um den Motor 93 gemäß Figur 5 zu betätigen und diesen in der einen oder anderen Richtunganzutreiben,um die richtige Scharfeinstellung zu erzielen.

Ein Schalter 192 ist gemäß Figur 6 dem Kondensator 178 parallel geschaltet, der das integrierte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 172 speichert, wobei der Eingang des Schalters 192 an die Leitung 104 angeschlossen ist, die gemäß Figur 5 das den vollständigen Zyklus anzeigende Signal m führt. Wenn das Signal m auf der Leitung 104 auftritt, so wird durch Schließen des Schalters 192 der Kondensator 178 entladen und das System zurückgestellt und für den nächstfolgenden Zyklus vorbereitet.

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Claims

HONEYWELL INC. 1 5. Juli

Honeywell Plaza 1008188 Ge

Minneapolis, Minn. USA Hz/umw

Entfernungsmeßeinrichtung

Patentansprüche:

( 1 ./ Entfernungsmeßeinrichtung, insbesondere für die automatische ^""^ Scharfeinstellung von optischen Systemen, mit einer Linsenanordnung zur Erzeugung von ersten und zweiten Strahlungsverteilungsmustern auf zwei Detektoranordnungen entsprechend einer aufzunehmenden Szene, wobei die Strahlungsverteilungsmuster einander ähnlich sind und eine erste relative Zuordnung aufweisen, wenn sich die Linsenanordnung in der fokussierenden Stellung befindet, eine zweite relative Zuordnung aufweisen, wenn sich die Linsenanordnung auf der einen Seite der fokussierenden Stellung befindet, und eine dritte relative Zuordnung aufweisen, wenn sich die Linsenanordnung auf der anderen Seite der fokussierenden Stellung befindet, mit ersten, zweiten, dritten und vierten Strahlungsdetektoren, wobei die ersten und zweiten Strahlungsdetektoren entsprechend ersten und zweiten Positionen in dem ersten Strahlungsverteilungsmuster ein erstes und zweites Signal, und die dritten und vierten Strahlungsdetektoren entsprechend ersten und zweiten Positionen in dem zweiten Strahlungsverteilungsmuster ein drittes und viertes Signal erzeugen, g ekennzeichnet durch eine von dem ersten, zweiten, dritten und vierten Signal beaufschlagte Signalverarbeitungseinrichtung, welche ein resultierendes Signal entsprechend dem Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten und vierten Signal (|an~bn+i|) minus dem Absolutwert der

Differenz zwischen dem zweiten und dritten Signal ( Ia_n+-] <b_n ) bildet, wobei das resultierende Signal eine erste Characteristic besitzt, wenn die Strahlungsverteilungsmuster die zweite relative Zuordnung aufweisen und wobei das resultierende Signal eine zweite Characteristik besitzt, wenn die Strahlungsverteilungsmuster die dritte relative Zuordnung aufweisen, um eine Stellung der L insenanordnung auf der einen oder anderen Seite der fokussierenden Stellung anzuzeigen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Signal bei der fokussierenden Stellung der Linsenanordnung einen vorbestimmten Wert aufweist, und daß die erste Characteristik des resultierenden Signales einen größeren Wert als der vorbestimmte Wert und die zweite Characteristik des resultierenden Signales einen kleineren Wert als der vorbestimmte Wert aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert im wesentlichen dem Wert O und die erste Characteristik einem positiven und die zweite Characteristik einem negativen Wert entspricht.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Signalverarbeitungseinrichtung angeschlossene Ansprecheinrichtung, der das resultierende Signal zugeführt wird und die einen Hinweis auf die Characteristik erzeugt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprecheinrichtung an die Linsenanordnung angeschlossen ist, um diese in die richtige

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-3-fokussierende Stellung zu bewegen.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Ausgangssignal gemäß folgendem Ausdruck

m-1

gebildet wird, wobei m die Anzahl der Detektoren in der ersten und zweiten Detektoranordnung vorgibt, a das Ausgangssignal eines Detektors der ersten Detektoranordnung, a_n+1 das Ausgangssignal des nächstfolgenden Detektors der ersten Detektoranordnung, b das Ausgangssignal eines Detektors der zweiten Detektoranordnung und b_R+^ das Ausgangssignal des nächstfolgenden Detektors der zweiten Detektoranordnung darstellt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor der ersten Detektoranordnung mit einem Detektor der zweiten Detektoranordnung zu einem Detektorpaar zusammengeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an die Ansprecheinrichtung angeschlossene Einrichtung, der das resultierende Ausgangssignal zugeführt wird und die ein das Vorzeichen des resultierenden Ausgangssignales anzeigendes charakteristisches Signal erzeugt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine an die Anzeigeeinrichtung angeschlossene Antriebseinrichtung, der das charakteristische Signal zugeführt wird und die eine Strahlungsübertragungseinrichtung entsprechend verschiebt.

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